JP6288610B2 - Engine control device - Google Patents

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Description

本発明は、エンジンの制御装置に係わり、特に、排気弁及び吸気弁の少なくともリフト量を変化させる可変バルブ機構を制御するエンジンの制御装置に関する。   The present invention relates to an engine control device, and more particularly to an engine control device that controls a variable valve mechanism that changes at least the lift amount of an exhaust valve and an intake valve.

従来から、吸気行程中の所定期間において排気弁を開弁することにより、排気ポートから燃焼室へ既燃ガス(内部EGRガス)を逆流させて燃焼室内の混合ガスの温度を上昇させる内部EGRシステムが知られている(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, an internal EGR system that raises the temperature of the mixed gas in the combustion chamber by opening the exhaust valve during a predetermined period during the intake stroke to reversely flow the burned gas (internal EGR gas) from the exhaust port to the combustion chamber. Is known (see, for example, Patent Document 1).

特開2008−051017号公報JP 2008-051017 A

ところで、近年、燃費やエミッションを改善する観点から、エンジンの幾何学的圧縮比として高圧縮比を適用して、低負荷領域では圧縮自己着火(「CI(Compression Ignition)」又は「HCCI(Homogeneous-Charge Compression Ignition)」と呼ばれる。)を行い、高負荷領域では火花点火(SI(Spark Ignition))を行う技術が開発されている。このようなエンジン(以下では適宜「HCCIエンジン」と呼ぶ。)では、低負荷領域において、筒内の温度を上昇させる観点などから、排気行程に加えて吸気行程にも排気弁を開弁する二度開きを実行することによって、筒内に内部EGRガスを再導入している。また、HCCIエンジンでは、低負荷領域において、エンジン負荷が増加するほど、筒内に再導入する内部EGRガスの割合(内部EGR率)を減少させることによって、筒内温度の上昇に起因する過早着火を回避するようにしている。   By the way, in recent years, from the viewpoint of improving fuel consumption and emission, a high compression ratio is applied as a geometric compression ratio of the engine, and in a low load region, compression self-ignition (“CI (Compression Ignition)” or “HCCI (Homogeneous-) Technology that performs spark ignition (SI (Spark Ignition)) in a high load region has been developed. In such an engine (hereinafter referred to as “HCCI engine” as appropriate), the exhaust valve is opened not only in the exhaust stroke but also in the intake stroke from the viewpoint of increasing the temperature in the cylinder in the low load region. By executing the opening, the internal EGR gas is reintroduced into the cylinder. Further, in the HCCI engine, in the low load region, as the engine load increases, the ratio of internal EGR gas reintroduced into the cylinder (internal EGR rate) is decreased, thereby causing the premature increase due to the increase in the cylinder temperature. I try to avoid ignition.

HCCIエンジンにおいて、上記のようにエンジン負荷の増加に応じて内部EGR率を減少させるに当たって、燃費やエミッションを改善する観点から、エンジン負荷に応じて内部EGR率を所望の範囲内において連続的に変化させることが望ましい。ここで、内部EGR率を変化させる方法として、可変バルブ機構を用いて、排気弁及び/又は吸気弁におけるリフト量及び/又は開閉時期を変化させる制御を行う方法が考えられる。このように排気弁及び/又は吸気弁におけるリフト量及び/又は開閉時期を変化させる場合、エンジン負荷に応じて内部EGR率を連続的に変化させることを優先すると、ポンピングロスが発生して燃費が悪化してしまう可能性がある。したがって、ポンピングロスの発生を考慮に入れて、内部EGR率を変化させる制御を行う必要があると言える。   In the HCCI engine, when the internal EGR rate is decreased as the engine load increases as described above, the internal EGR rate is continuously changed within a desired range according to the engine load from the viewpoint of improving fuel efficiency and emission. It is desirable to make it. Here, as a method of changing the internal EGR rate, a method of performing control to change the lift amount and / or opening / closing timing of the exhaust valve and / or the intake valve using a variable valve mechanism is conceivable. As described above, when changing the lift amount and / or opening / closing timing of the exhaust valve and / or the intake valve, if priority is given to continuously changing the internal EGR rate in accordance with the engine load, a pumping loss occurs and the fuel consumption is reduced. It may get worse. Therefore, it can be said that it is necessary to perform control to change the internal EGR rate in consideration of generation of pumping loss.

本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、所定の低負荷領域において排気弁の二度開きを行って内部EGRガスを筒内に再導入するエンジンにおいて、ポンピングロスの発生を抑制しつつ、内部EGR率の制御性を適切に確保することができる、エンジンの制御装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and in an engine that opens the exhaust valve twice in a predetermined low load region and reintroduces the internal EGR gas into the cylinder. An object of the present invention is to provide an engine control device that can appropriately ensure controllability of an internal EGR rate while suppressing the occurrence of a pumping loss.

上記の目的を達成するために、本発明は、吸気を筒内に導入するための吸気弁及び排気を筒内から排出するための排気弁が設けられた気筒を備えるエンジンの制御装置であって、吸気行程において所定の排気有効面積を有する第1排気弁と、吸気行程において第1排気弁の排気有効面積よりも小さな排気有効面積を有する第2排気弁と、を備える排気弁と、排気弁のリフト量を少なくとも変化させる排気側可変バルブ機構と、エンジンの運転状態が低負荷側の所定領域内にある場合に、排気行程に加えて吸気行程においても排気弁を開弁させるように排気側可変バルブ機構を制御して、排気を内部EGRガスとして筒内に再導入させる制御手段と、を有し、制御手段は、エンジンの運転状態が、所定領域における低負荷側の第1運転領域内にある場合には、吸気行程において排気弁の第1排気弁及び第2排気弁の両方を開弁させるように、排気側可変バルブ機構を制御し、エンジンの運転状態が、所定領域における第1運転領域よりも高負荷側の第2運転領域内にある場合には、吸気行程において排気弁の第1排気弁のみを開弁させるように、排気側可変バルブ機構を制御し、エンジンの運転状態が、所定領域における第2運転領域よりも高負荷側の第3運転領域内にある場合には、吸気行程において排気弁の第2排気弁のみを開弁させるように、排気側可変バルブ機構を制御吸気弁のリフト量を少なくとも変化させる吸気側可変バルブ機構を更に有し、この吸気側可変バルブ機構も制御手段によって制御され、制御手段は、エンジン負荷の増加に応じて内部EGRガスの割合が所定範囲内において連続的に減少するように、エンジンの運転状態が第1運転領域、第2運転領域及び第3運転領域のいずれに属するかに応じて、排気弁の第1排気弁及び第2排気弁のうちで吸気行程において開弁させる弁を切り替えるように排気側可変バルブ機構を制御すると共に、エンジン負荷の増加に応じて吸気弁のリフト量が大きくなるように吸気側可変バルブ機構を制御し、エンジン負荷が増加して、エンジンの運転状態が属する領域が第1運転領域から第2運転領域へと切り替わり、吸気行程において開弁させる弁を第1排気弁及び第2排気弁の両方から第1排気弁のみに切り替えるとき、及び、エンジンの運転状態が属する領域が第2運転領域から第3運転領域へと切り替わり、吸気行程において開弁させる弁を第1排気弁から第2排気弁に切り替えるときに、吸気弁のリフト量を一旦小さくし、この後に吸気弁のリフト量を大きくするように、吸気側可変バルブ機構を制御して、エンジン負荷の増加に応じて内部EGRガスの割合を連続的に減少させる、ことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides an engine control device including an intake valve for introducing intake air into a cylinder and a cylinder provided with an exhaust valve for discharging exhaust gas from the cylinder. An exhaust valve comprising: a first exhaust valve having a predetermined exhaust effective area in the intake stroke; and a second exhaust valve having an exhaust effective area smaller than the exhaust effective area of the first exhaust valve in the intake stroke; The exhaust side variable valve mechanism that changes at least the lift amount of the engine and the exhaust side so that the exhaust valve is opened in the intake stroke in addition to the exhaust stroke when the engine operating state is within a predetermined region on the low load side Control means for controlling the variable valve mechanism and reintroducing exhaust gas into the cylinder as internal EGR gas, the control means being in a first operating region on the low load side in a predetermined region. In The exhaust side variable valve mechanism is controlled so that both the first exhaust valve and the second exhaust valve of the exhaust valve are opened in the intake stroke, and the engine operating state is the first operation in a predetermined region. When the engine is in the second operating region on the higher load side than the region, the exhaust side variable valve mechanism is controlled so that only the first exhaust valve of the exhaust valve is opened in the intake stroke, and the engine operating state is The exhaust-side variable valve mechanism is controlled so that only the second exhaust valve of the exhaust valve is opened during the intake stroke when it is in the third operation region on the higher load side than the second operation region in the predetermined region. and further includes an intake side variable valve mechanism for at least changing the lift amount of the intake valve, the intake side variable valve mechanism is also controlled by the control means, the control means, the ratio of the internal EGR gas in accordance with an increase in engine load The first exhaust valve and the second exhaust valve of the exhaust valve depend on whether the operating state of the engine belongs to the first operating region, the second operating region, or the third operating region so as to continuously decrease within a predetermined range. The exhaust side variable valve mechanism is controlled so as to switch the valve to be opened in the intake stroke among the exhaust valves, and the intake side variable valve mechanism is controlled so that the lift amount of the intake valve increases as the engine load increases. When the engine load increases, the region to which the engine operating state belongs is switched from the first operation region to the second operation region, and the valve that opens in the intake stroke is changed from both the first exhaust valve and the second exhaust valve. When switching to only the first exhaust valve, and the region to which the engine operating state belongs is switched from the second operation region to the third operation region, and the valve to be opened in the intake stroke is the first exhaust valve. When the engine is switched to the second exhaust valve, the intake side variable valve mechanism is controlled so that the lift amount of the intake valve is once reduced and then the lift amount of the intake valve is increased. The ratio of the internal EGR gas is continuously reduced .

このように構成された本発明では、排気行程に加えて吸気行程においても排気弁を開弁(つまり二度開き)させて内部EGRガスを筒内に再導入させる所定領域を第1乃至第3運転領域に区分し、低負荷側の第1運転領域では第1及び第2排気弁の両方を二度開きさせ、第1運転領域よりも高負荷側の第2運転領域では比較的大きなリフト量を有する第1排気弁のみを二度開きさせ、第2運転領域よりも高負荷側の第3運転領域では比較的小さなリフト量を有する第2排気弁のみを二度開きさせる。これにより、ポンピングロスの発生を抑制しつつ、内部EGRガスの割合(内部EGR率)の制御性を向上させることができる。具体的には、内部EGRガスを使用する所定領域において、エンジン負荷に応じて内部EGR率を適切に変化させることができる。
また、本発明によれば、第1及び第2排気弁のいずれか一方のみを二度開きさせる作動モードを適用するので、2つの排気弁の両方を常に二度開きさせる構成と比較して、内部EGRガスを筒内により均一に分布させることができ、エンジン負荷の増大時における燃焼重心の進角を抑制することができる。したがって、エンジン負荷の増大に伴う燃焼重心の進角による燃焼騒音の増大を抑制しつつ、内部EGRガスを使用する所定領域を高負荷側に拡大することができる。
また、本発明によれば、エンジン負荷の増加に応じて内部EGR率を適切に減少させることができ、内部EGR率の制御性を向上させることができる。特に、エンジン負荷の増加に応じて内部EGR率を所望の範囲内において適切に連続的に減少させることができる。
また、本発明によれば、上記した切り替え時(具体的には排気弁の作動モードの切り替え時)に、吸気弁のリフト量を一旦小さくするので、内部EGR率の変化における連続性が確保されなくなること、つまり内部EGR率の変化に段差が生じてしまうことを、適切に抑制することができる。
In the present invention configured as described above, the first to third predetermined regions in which the exhaust valve is opened (that is, opened twice) and the internal EGR gas is reintroduced into the cylinder in the intake stroke in addition to the exhaust stroke. In the first operation region on the low load side, both the first and second exhaust valves are opened twice, and the lift amount is relatively large in the second operation region on the higher load side than the first operation region. Only the first exhaust valve having the opening is opened twice, and only the second exhaust valve having a relatively small lift amount is opened twice in the third operation region on the higher load side than the second operation region. Thereby, controllability of the proportion of internal EGR gas (internal EGR rate) can be improved while suppressing the occurrence of pumping loss. Specifically, the internal EGR rate can be appropriately changed according to the engine load in a predetermined region where the internal EGR gas is used.
In addition, according to the present invention, since an operation mode in which only one of the first and second exhaust valves is opened twice is applied, compared to a configuration in which both of the two exhaust valves are always opened twice, The internal EGR gas can be distributed more uniformly in the cylinder, and the advance angle of the combustion center of gravity when the engine load increases can be suppressed. Therefore, it is possible to expand the predetermined region in which the internal EGR gas is used to the high load side while suppressing an increase in combustion noise due to the advance of the combustion center of gravity accompanying an increase in engine load.
Further, according to the present invention, the internal EGR rate can be appropriately reduced in accordance with an increase in engine load, and the controllability of the internal EGR rate can be improved. In particular, the internal EGR rate can be appropriately and continuously reduced within a desired range as the engine load increases.
In addition, according to the present invention, the lift amount of the intake valve is temporarily reduced at the time of switching described above (specifically, when the operation mode of the exhaust valve is switched), so that continuity in the change of the internal EGR rate is ensured. It is possible to appropriately suppress the disappearance, that is, the occurrence of a step in the change in the internal EGR rate.

本発明において、好ましくは、第2排気弁は、吸気行程におけるリフト量が第1排気弁よりも小さく、それにより、吸気行程における排気有効面積が第1排気弁よりも小さくなっているとよい。   In the present invention, it is preferable that the second exhaust valve has a lift amount in the intake stroke smaller than that of the first exhaust valve, so that an effective exhaust area in the intake stroke is smaller than that of the first exhaust valve.

本発明において、好ましくは、上記のエンジンでは、エンジンの運転状態が所定領域内にある場合、予混合圧縮自己着火燃焼が行われ、エンジンの運転状態が所定領域外にある場合、火花点火燃焼が行われる。
このように構成された本発明によれば、エンジンの運転状態が予混合圧縮自己着火燃焼を行う所定領域内にある場合に、上記したように排気側可変バルブ機構を介して排気弁を制御することで、内部EGR率の制御性を向上させることができるので、所定領域の低負荷側では、予混合圧縮自己着火燃焼の着火性及び安定性を適切に確保することができると共に、所定領域の高負荷側では、過早着火を適切に抑制することができる。また、エンジン負荷の増大時における燃焼重心の進角を抑制することで、内部EGRを使用して予混合圧縮自己着火燃焼を行う運転領域を高負荷側に拡大することができる。
In the present invention, preferably, in the engine described above, premixed compression self-ignition combustion is performed when the engine operating state is within a predetermined region, and spark ignition combustion is performed when the engine operating state is outside the predetermined region. Done.
According to the present invention configured as described above, the exhaust valve is controlled via the exhaust-side variable valve mechanism as described above when the operating state of the engine is within a predetermined region where premixed compression self-ignition combustion is performed. Thus, the controllability of the internal EGR rate can be improved, so that the ignitability and stability of the premixed compression self-ignition combustion can be appropriately ensured on the low load side of the predetermined region, and the predetermined region On the high load side, pre-ignition can be appropriately suppressed. Further, by suppressing the advance angle of the combustion center of gravity when the engine load increases, the operating range in which the premixed compression self-ignition combustion is performed using the internal EGR can be expanded to the high load side.

本発明のエンジンの制御装置によれば、所定の低負荷領域において排気弁の二度開きを行って内部EGRガスを筒内に再導入するエンジンにおいて、ポンピングロスの発生を抑制しつつ、内部EGR率の制御性を適切に確保することができる。   According to the engine control apparatus of the present invention, in an engine in which the exhaust valve is opened twice in a predetermined low load region and the internal EGR gas is reintroduced into the cylinder, the occurrence of the pumping loss is suppressed and the internal EGR is suppressed. The controllability of the rate can be ensured appropriately.

本発明の実施形態によるエンジンの制御装置が適用されたエンジンの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an engine to which an engine control device according to an embodiment of the present invention is applied. 本発明の実施形態による排気弁を示す概略側面図である。It is a schematic side view which shows the exhaust valve by embodiment of this invention. 本発明の実施形態によるエンジンの制御装置に関する電気的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electrical structure regarding the control apparatus of the engine by embodiment of this invention. 本発明の実施形態によるエンジンの運転領域の説明図である。It is explanatory drawing of the driving | operation area | region of the engine by embodiment of this invention. 本発明の実施形態において、内部EGR率の要求範囲を満たすのに必要な排気有効面積についての説明図である。In embodiment of this invention, it is explanatory drawing about the exhaust effective area required in order to satisfy | fill the request | requirement range of an internal EGR rate. 本発明の実施形態による排気弁及び吸気弁のリフトカーブを示す図である。It is a figure which shows the lift curve of the exhaust valve and intake valve by embodiment of this invention. 比較例により得られた、実現可能な内部EGR率の範囲についての説明図である。It is explanatory drawing about the range of the realizable internal EGR rate obtained by the comparative example. 本発明の実施形態により得られた、実現可能な内部EGR率の範囲についての説明図であるIt is explanatory drawing about the range of the realizable internal EGR rate obtained by embodiment of this invention. 本発明の実施形態において内部EGR率を変化させるために行う制御方法についての説明図である。It is explanatory drawing about the control method performed in order to change an internal EGR rate in embodiment of this invention.

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置について説明する。   Hereinafter, an engine control apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

[装置構成]
図1は、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置が適用されたエンジン(エンジン本体)1の概略構成を示し、図2は、本発明の実施形態による排気弁の概略側面図を示し、図3は、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置を示すブロック図である。
[Device configuration]
FIG. 1 shows a schematic configuration of an engine (engine body) 1 to which an engine control apparatus according to an embodiment of the present invention is applied. FIG. 2 shows a schematic side view of an exhaust valve according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a block diagram showing an engine control apparatus according to an embodiment of the present invention.

エンジン1は、車両に搭載されると共に、少なくともガソリンを含有する燃料が供給されるガソリンエンジンである。エンジン1は、複数の気筒18が設けられたシリンダブロック11(なお、図1では、1つの気筒のみを図示するが、例えば4つの気筒が直列に設けられる)と、このシリンダブロック11上に配設されたシリンダヘッド12と、シリンダブロック11の下側に配設され、潤滑油が貯留されたオイルパン13とを有している。各気筒18内には、コンロッド142を介してクランクシャフト15と連結されているピストン14が往復動可能に嵌挿されている。ピストン14の頂面には、ディーゼルエンジンでのリエントラント型のようなキャビティ141が形成されている。キャビティ141は、ピストン14が圧縮上死点付近に位置するときには、後述するインジェクタ67に相対する。シリンダヘッド12と、気筒18と、キャビティ141を有するピストン14とは、燃焼室19を画定する。なお、燃焼室19の形状は、図示する形状に限定されるものではない。例えばキャビティ141の形状、ピストン14の頂面形状、及び、燃焼室19の天井部の形状等は、適宜変更することが可能である。   The engine 1 is a gasoline engine that is mounted on a vehicle and supplied with a fuel containing at least gasoline. The engine 1 includes a cylinder block 11 provided with a plurality of cylinders 18 (in FIG. 1, only one cylinder is illustrated, but four cylinders are provided in series, for example), and the cylinder block 11 is disposed on the cylinder block 11. The cylinder head 12 is provided, and an oil pan 13 is provided below the cylinder block 11 and stores lubricating oil. A piston 14 connected to the crankshaft 15 via a connecting rod 142 is fitted in each cylinder 18 so as to be able to reciprocate. A cavity 141 like a reentrant type in a diesel engine is formed on the top surface of the piston 14. The cavity 141 is opposed to an injector 67 described later when the piston 14 is positioned near the compression top dead center. The cylinder head 12, the cylinder 18, and the piston 14 having the cavity 141 define a combustion chamber 19. The shape of the combustion chamber 19 is not limited to the shape illustrated. For example, the shape of the cavity 141, the top surface shape of the piston 14, the shape of the ceiling portion of the combustion chamber 19, and the like can be changed as appropriate.

このエンジン1は、理論熱効率の向上や、後述する圧縮着火燃焼の安定化等を目的として、15以上の比較的高い幾何学的圧縮比に設定されている。なお、幾何学的圧縮比は15以上20以下程度の範囲で、適宜設定すればよい。   The engine 1 is set to a relatively high geometric compression ratio of 15 or more for the purpose of improving the theoretical thermal efficiency and stabilizing the compression ignition combustion described later. In addition, what is necessary is just to set a geometric compression ratio suitably in the range of about 15-20.

シリンダヘッド12には、気筒18毎に、吸気ポート16及び排気ポート17が形成されていると共に、これら吸気ポート16及び排気ポート17には、燃焼室19側の開口を開閉する吸気弁21及び排気弁22がそれぞれ配設されている。具体的には、排気弁22は、気筒18毎に2つ設けられている。図2に示すように、排気弁22は、符号L1で示すリフト量を有する排気弁22aと、符号L2で示すリフト量を有する排気弁22bとを備える(これらのリフト量L1、L2は、バルブがバルブシート面に対して離れた運動方向の距離である)。この場合、排気弁22aのリフト量L1が排気弁22bのリフト量L2よりも大きくなるように構成されている(L1>L2)。また、これらの排気弁22aと排気弁22bとでバルブ径はほぼ同一である。なお、排気弁22aは本発明における「第1排気弁」に相当し、排気弁22bは本発明における「第2排気弁」に相当する。   The cylinder head 12 is provided with an intake port 16 and an exhaust port 17 for each cylinder 18. The intake port 16 and the exhaust port 17 have an intake valve 21 and an exhaust for opening and closing the opening on the combustion chamber 19 side. Each valve 22 is disposed. Specifically, two exhaust valves 22 are provided for each cylinder 18. As shown in FIG. 2, the exhaust valve 22 includes an exhaust valve 22a having a lift amount indicated by a symbol L1 and an exhaust valve 22b having a lift amount indicated by a symbol L2 (the lift amounts L1 and L2 are the valve amounts). Is the distance in the direction of motion away from the valve seat surface). In this case, the lift amount L1 of the exhaust valve 22a is configured to be larger than the lift amount L2 of the exhaust valve 22b (L1> L2). Further, these exhaust valves 22a and 22b have substantially the same valve diameter. The exhaust valve 22a corresponds to the “first exhaust valve” in the present invention, and the exhaust valve 22b corresponds to the “second exhaust valve” in the present invention.

吸気弁21及び排気弁22をそれぞれ駆動する動弁系の内、排気側には、気筒18毎に複数設けられた排気弁22のそれぞれの作動モードを「通常モード」と「特殊モード」とに切り替える、例えば油圧作動式の可変バルブリフト機構(図3参照。以下、VVL(Variable Valve Lift)と称する)71と、クランクシャフト15に対する排気カムシャフトの回転位相を変更することが可能な位相可変機構(以下、VVT(Variable Valve Timing)と称する)75と、が設けられている。   Of the valve systems that drive the intake valve 21 and the exhaust valve 22, respectively, on the exhaust side, the operation modes of a plurality of exhaust valves 22 provided for each cylinder 18 are "normal mode" and "special mode". For example, a hydraulically operated variable valve lift mechanism (see FIG. 3; hereinafter referred to as VVL (Variable Valve Lift)) 71 and a phase variable mechanism capable of changing the rotational phase of the exhaust camshaft with respect to the crankshaft 15. (Hereinafter referred to as VVT (Variable Valve Timing)) 75.

排気側のVVL71は、その構成の詳細な図示は省略するが、例えば、カム山を一つ有する第1カムとカム山を2つ有する第2カムとの、カムプロフィールの異なる2種類のカム、及び、その第1及び第2カムのいずれか一方のカムの作動状態を選択的に排気弁22に伝達するロストモーション機構を含んで構成されている。第1カムの作動状態を排気弁22に伝達しているときには、排気弁22は、排気行程中において一度だけ開弁される「通常モード」で作動するのに対し、第2カムの作動状態を排気弁22に伝達しているときには、排気弁22が、排気行程中において開弁すると共に、吸気行程中においても開弁するような、いわゆる排気の二度開きを行う「特殊モード」で作動する。VVL71の通常モードと特殊モードとは、エンジンの運転状態に応じて切り替えられる。具体的には、特殊モードは、内部EGRに係る制御の際に利用される。このようなVVL71は、本発明における「排気側可変バルブ機構」に相当する。なお、排気弁22を電磁アクチュエータによって駆動する電磁駆動式の動弁系を採用してもよい。他方で、VVT75は、液圧式、電磁式又は機械式の公知の構造を適宜採用すればよく、その詳細な構造についての図示は省略する。排気弁22は、VVT75によって、その開弁時期及び閉弁時期を、所定の範囲内で連続的に変更可能である。   Although detailed illustration of the configuration of the VVL 71 on the exhaust side is omitted, for example, two types of cams having different cam profiles, a first cam having one cam peak and a second cam having two cam peaks, And it includes a lost motion mechanism that selectively transmits an operating state of one of the first and second cams to the exhaust valve 22. When the operating state of the first cam is transmitted to the exhaust valve 22, the exhaust valve 22 operates in the “normal mode” in which the valve is opened only once during the exhaust stroke, whereas the operating state of the second cam is When transmitting to the exhaust valve 22, the exhaust valve 22 is operated in a “special mode” that opens twice during the exhaust stroke and also opens during the intake stroke so that the exhaust is opened twice. . The normal mode and the special mode of the VVL 71 are switched according to the operating state of the engine. Specifically, the special mode is used in the control related to the internal EGR. Such a VVL 71 corresponds to the “exhaust side variable valve mechanism” in the present invention. An electromagnetically driven valve system that drives the exhaust valve 22 by an electromagnetic actuator may be employed. On the other hand, the VVT 75 may employ a hydraulic, electromagnetic, or mechanical known structure as appropriate, and the detailed structure is not shown. The exhaust valve 22 can continuously change its valve opening timing and valve closing timing within a predetermined range by the VVT 75.

VVL71及びVVT75を備えた排気側の動弁系と同様に、吸気側には、図3に示すように、VVL74とVVT72とが設けられている。吸気側のVVL74は、排気側のVVL71とは異なり、吸気弁21のリフト量を連続的に変更可能に構成されている。このVVL74は、本発明における「吸気側可変バルブ機構」に相当する。他方で、吸気側のVVT72は、排気側のVVT75と同様に、液圧式、電磁式又は機械式の公知の構造を適宜採用すればよく、その詳細な構造についての図示は省略する。吸気弁21もまた、VVT72によって、その開弁時期及び閉弁時期を、所定の範囲内で連続的に変更可能である。   As shown in FIG. 3, VVL 74 and VVT 72 are provided on the intake side in the same manner as the exhaust side valve train system provided with VVL 71 and VVT 75. Unlike the VVL 71 on the exhaust side, the intake-side VVL 74 is configured so that the lift amount of the intake valve 21 can be changed continuously. The VVL 74 corresponds to the “intake side variable valve mechanism” in the present invention. On the other hand, as with the VVT 75 on the exhaust side, the intake side VVT 72 may employ a known hydraulic, electromagnetic, or mechanical structure as appropriate, and the detailed structure is not shown. The valve opening timing and the valve closing timing of the intake valve 21 can also be continuously changed within a predetermined range by the VVT 72.

シリンダヘッド12にはまた、気筒18毎に、気筒18内に燃料を直接噴射する(直噴)インジェクタ67が取り付けられている。インジェクタ67は、その噴口が燃焼室19の天井面の中央部分から、その燃焼室19内に臨むように配設されている。インジェクタ67は、エンジン1の運転状態に応じて設定された噴射タイミングでかつ、エンジン1の運転状態に応じた量の燃料を、燃焼室19内に直接噴射する。この例において、インジェクタ67は、詳細な図示は省略するが、複数の噴口を有する多噴口型のインジェクタである。これによって、インジェクタ67は、燃料噴霧が、燃焼室19の中心位置から放射状に広がるように、燃料を噴射する。ピストン14が圧縮上死点付近に位置するタイミングで、燃焼室19の中央部分から放射状に広がるように噴射された燃料噴霧は、ピストン頂面に形成されたキャビティ141の壁面に沿って流動する。キャビティ141は、ピストン14が圧縮上死点付近に位置するタイミングで噴射された燃料噴霧を、その内部に収めるように形成されている、と言い換えることが可能である。この多噴口型のインジェクタ67とキャビティ141との組み合わせは、燃料の噴射後、混合気形成期間を短くすると共に、燃焼期間を短くする上で有利な構成である。なお、インジェクタ67は、多噴口型のインジェクタに限定されず、外開弁タイプのインジェクタを採用してもよい。   In addition, for each cylinder 18, an injector 67 that directly injects fuel into the cylinder 18 (direct injection) is attached to the cylinder head 12. The injector 67 is disposed so that its nozzle hole faces the inside of the combustion chamber 19 from the central portion of the ceiling surface of the combustion chamber 19. The injector 67 directly injects an amount of fuel into the combustion chamber 19 at an injection timing set according to the operating state of the engine 1 and according to the operating state of the engine 1. In this example, the injector 67 is a multi-hole injector having a plurality of nozzle holes, although detailed illustration is omitted. Thereby, the injector 67 injects the fuel so that the fuel spray spreads radially from the center position of the combustion chamber 19. At the timing when the piston 14 is positioned near the compression top dead center, the fuel spray injected radially from the central portion of the combustion chamber 19 flows along the wall surface of the cavity 141 formed on the top surface of the piston. It can be paraphrased that the cavity 141 is formed so that the fuel spray injected at the timing when the piston 14 is located near the compression top dead center is contained therein. This combination of the multi-hole injector 67 and the cavity 141 is an advantageous configuration for shortening the mixture formation period and the combustion period after fuel injection. In addition, the injector 67 is not limited to a multi-hole injector, and may be an open valve type injector.

図外の燃料タンクとインジェクタ67との間は、燃料供給経路によって互いに連結されている。この燃料供給経路上には、燃料ポンプ63とコモンレール64とを含みかつ、インジェクタ67に、比較的高い燃料圧力で燃料を供給することが可能な燃料供給システム62が介設されている。燃料ポンプ63は、燃料タンクからコモンレール64に燃料を圧送し、コモンレール64は圧送された燃料を、比較的高い燃料圧力で蓄えることが可能である。インジェクタ67が開弁することによって、コモンレール64に蓄えられている燃料がインジェクタ67の噴口から噴射される。ここで、燃料ポンプ63は、図示は省略するが、プランジャー式のポンプであり、エンジン1によって駆動される。このエンジン駆動のポンプを含む構成の燃料供給システム62は、30MPa以上の高い燃料圧力の燃料を、インジェクタ67に供給することを可能にする。燃料圧力は、最高で120MPa程度に設定してもよい。インジェクタ67に供給される燃料の圧力は、エンジン1の運転状態に応じて変更される。なお、燃料供給システム62は、この構成に限定されるものではない。   A fuel tank (not shown) and the injector 67 are connected to each other by a fuel supply path. A fuel supply system 62 including a fuel pump 63 and a common rail 64 and capable of supplying fuel to the injector 67 at a relatively high fuel pressure is interposed on the fuel supply path. The fuel pump 63 pumps fuel from the fuel tank to the common rail 64, and the common rail 64 can store the pumped fuel at a relatively high fuel pressure. When the injector 67 is opened, the fuel stored in the common rail 64 is injected from the injection port of the injector 67. Here, although not shown, the fuel pump 63 is a plunger type pump and is driven by the engine 1. The fuel supply system 62 configured to include this engine-driven pump enables the fuel with a high fuel pressure of 30 MPa or more to be supplied to the injector 67. The fuel pressure may be set to about 120 MPa at the maximum. The pressure of the fuel supplied to the injector 67 is changed according to the operating state of the engine 1. The fuel supply system 62 is not limited to this configuration.

シリンダヘッド12にはまた、燃焼室19内の混合気に強制点火(具体的には火花点火)する点火プラグ25が取り付けられている。点火プラグ25は、この例では、エンジン1の排気側から斜め下向きに延びるように、シリンダヘッド12内を貫通して配置されている。点火プラグ25の先端は、圧縮上死点に位置するピストン14のキャビティ141内に臨んで配置される。   An ignition plug 25 for forcibly igniting the air-fuel mixture in the combustion chamber 19 (specifically, spark ignition) is also attached to the cylinder head 12. In this example, the spark plug 25 is disposed through the cylinder head 12 so as to extend obliquely downward from the exhaust side of the engine 1. The tip of the spark plug 25 is disposed facing the cavity 141 of the piston 14 located at the compression top dead center.

エンジン1の一側面には、図1に示すように、各気筒18の吸気ポート16に連通するように吸気通路30が接続されている。一方、エンジン1の他側面には、各気筒18の燃焼室19からの既燃ガス(排気)を排出する排気通路40が接続されている。   As shown in FIG. 1, an intake passage 30 is connected to one side of the engine 1 so as to communicate with the intake port 16 of each cylinder 18. On the other hand, an exhaust passage 40 for discharging burned gas (exhaust gas) from the combustion chamber 19 of each cylinder 18 is connected to the other side of the engine 1.

吸気通路30の上流端部には、吸入空気を濾過するエアクリーナ31が配設され、その下流側には、各気筒18への吸入空気量を調節するスロットル弁36が配設されている。また、吸気通路30における下流端近傍には、サージタンク33が配設されている。このサージタンク33よりも下流側の吸気通路30は、気筒18毎に分岐する独立通路とされ、これら各独立通路の下流端が各気筒18の吸気ポート16にそれぞれ接続されている。   An air cleaner 31 that filters intake air is disposed at the upstream end of the intake passage 30, and a throttle valve 36 that adjusts the amount of intake air to each cylinder 18 is disposed downstream thereof. A surge tank 33 is disposed near the downstream end of the intake passage 30. The intake passage 30 on the downstream side of the surge tank 33 is an independent passage branched for each cylinder 18, and the downstream end of each independent passage is connected to the intake port 16 of each cylinder 18.

排気通路40の上流側の部分は、気筒18毎に分岐して排気ポート17の外側端に接続された独立通路と該各独立通路が集合する集合部とを有する排気マニホールドによって構成されている。この排気通路40における排気マニホールドよりも下流側には、排気中の有害成分を浄化する排気浄化装置として、直キャタリスト41とアンダーフットキャタリスト42とがそれぞれ接続されている。直キャタリスト41及びアンダーフットキャタリスト42はそれぞれ、筒状ケースと、そのケース内の流路に配置した、例えば三元触媒とを備えて構成されている。   The upstream portion of the exhaust passage 40 is constituted by an exhaust manifold having an independent passage branched for each cylinder 18 and connected to the outer end of the exhaust port 17 and a collecting portion where the independent passages gather. A direct catalyst 41 and an underfoot catalyst 42 are connected downstream of the exhaust manifold in the exhaust passage 40 as exhaust purification devices that purify harmful components in the exhaust. Each of the direct catalyst 41 and the underfoot catalyst 42 includes a cylindrical case and, for example, a three-way catalyst disposed in a flow path in the case.

吸気通路30におけるサージタンク33とスロットル弁36との間の部分と、排気通路40における直キャタリスト41よりも上流側の部分とは、排気の一部を吸気通路30に還流するためのEGR通路50を介して接続されている。このEGR通路50は、排気をエンジン冷却水によって冷却するためのEGRクーラ52が配設された主通路51を含んで構成されている。主通路51には、排気の吸気通路30への還流量を調整するためのEGR弁511が配設されている。   A portion between the surge tank 33 and the throttle valve 36 in the intake passage 30 and a portion upstream of the direct catalyst 41 in the exhaust passage 40 are an EGR passage for returning a part of the exhaust to the intake passage 30. 50 is connected. The EGR passage 50 includes a main passage 51 in which an EGR cooler 52 for cooling the exhaust gas with engine coolant is disposed. The main passage 51 is provided with an EGR valve 511 for adjusting the recirculation amount of the exhaust gas to the intake passage 30.

エンジン1は、パワートレイン・コントロール・モジュール(以下では「PCM」と呼ぶ。)10によって制御される。PCM10は、CPU、メモリ、カウンタタイマ群、インターフェース及びこれらのユニットを接続するパスを有するマイクロプロセッサで構成されている。このPCM10が制御器を構成する。   The engine 1 is controlled by a powertrain control module (hereinafter referred to as “PCM”) 10. The PCM 10 includes a microprocessor having a CPU, a memory, a counter timer group, an interface, and a path connecting these units. This PCM 10 constitutes a controller.

PCM10には、図1及び図3に示すように、各種のセンサSW1、SW2、SW4〜SW18の検出信号が入力される。具体的には、PCM10には、エアクリーナ31の下流側で、新気の流量を検出するエアフローセンサSW1の検出信号と、新気の温度を検出する吸気温度センサSW2の検出信号と、EGR通路50における吸気通路30との接続部近傍に配置されかつ、外部EGRガスの温度を検出するEGRガス温センサSW4の検出信号と、吸気ポート16に取り付けられかつ、気筒18内に流入する直前の吸気の温度を検出する吸気ポート温度センサSW5の検出信号と、シリンダヘッド12に取り付けられかつ、気筒18内の圧力を検出する筒内圧センサSW6の検出信号と、排気通路40におけるEGR通路50の接続部近傍に配置されかつ、それぞれ排気温度及び排気圧力を検出する排気温センサSW7及び排気圧センサSW8の検出信号と、直キャタリスト41の上流側に配置されかつ、排気中の酸素濃度を検出するリニアO2センサSW9の検出信号と、直キャタリスト41とアンダーフットキャタリスト42との間に配置されかつ、排気中の酸素濃度を検出するラムダO2センサSW10の検出信号と、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサSW11の検出信号と、クランクシャフト15の回転角を検出するクランク角センサSW12の検出信号と、車両のアクセルペダル(図示省略)の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサSW13の検出信号と、吸気側及び排気側のカム角センサSW14、SW15の検出信号と、燃料供給システム62のコモンレール64に取り付けられかつ、インジェクタ67に供給する燃料圧力を検出する燃圧センサSW16の検出信号と、エンジン1の油圧を検出する油圧センサSW17の検出信号と、エンジン1の油温を検出する油温センサSW18の検出信号と、が入力される。 As shown in FIGS. 1 and 3, detection signals of various sensors SW1, SW2, SW4 to SW18 are input to the PCM 10. Specifically, on the downstream side of the air cleaner 31, the PCM 10 includes a detection signal of an air flow sensor SW 1 that detects a flow rate of fresh air, a detection signal of an intake air temperature sensor SW 2 that detects the temperature of fresh air, and an EGR passage 50. The detection signal of the EGR gas temperature sensor SW4 that is disposed in the vicinity of the connection portion with the intake passage 30 and detects the temperature of the external EGR gas, and the intake air that is attached to the intake port 16 and immediately before flowing into the cylinder 18 The detection signal of the intake port temperature sensor SW5 for detecting the temperature, the detection signal of the in-cylinder pressure sensor SW6 attached to the cylinder head 12 and detecting the pressure in the cylinder 18, and the vicinity of the connection portion of the EGR passage 50 in the exhaust passage 40 And the detection signals of the exhaust temperature sensor SW7 and the exhaust pressure sensor SW8 that detect the exhaust temperature and the exhaust pressure, respectively. And it is disposed on the upstream side of the direct catalyst 41, disposed between the detection signal of the linear O 2 sensor SW9 for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas, the direct catalyst 41 and underfoot catalyst 42 and the exhaust A detection signal of a lambda O 2 sensor SW10 that detects the oxygen concentration of the engine, a detection signal of a water temperature sensor SW11 that detects the temperature of engine cooling water, a detection signal of a crank angle sensor SW12 that detects the rotation angle of the crankshaft 15, A detection signal of an accelerator opening sensor SW13 that detects an accelerator opening corresponding to an operation amount of an accelerator pedal (not shown) of the vehicle, detection signals of intake side and exhaust side cam angle sensors SW14 and SW15, and a fuel supply system A fuel pressure sensor S that is attached to the common rail 64 of 62 and detects the fuel pressure supplied to the injector 67. 16 a detection signal of a detection signal of the hydraulic sensor SW17 for detecting the oil pressure of the engine 1, and the detection signal of the oil temperature sensor SW18 for detecting the oil temperature of the engine 1, are input.

PCM10は、これらの検出信号に基づいて種々の演算を行うことによってエンジン1や車両の状態を判定し、これに応じて、(直噴)インジェクタ67、点火プラグ25、吸気弁側のVVT72及びVVL74、排気弁側のVVT75及びVVL71、燃料供給システム62、並びに、各種の弁(スロットル弁36、EGR弁511)のアクチュエータへ制御信号を出力する。こうしてPCM10は、エンジン1を運転する。詳細は後述するが、PCM10は、本発明におけるエンジンの制御装置に相当する。特に、PCM10は、本発明における「制御手段」として機能する。   The PCM 10 determines the state of the engine 1 and the vehicle by performing various calculations based on these detection signals, and in response to this, (direct injection) injector 67, spark plug 25, intake valve side VVT72 and VVL74. Control signals are output to the VVT 75 and VVL 71 on the exhaust valve side, the fuel supply system 62, and actuators of various valves (throttle valve 36, EGR valve 511). Thus, the PCM 10 operates the engine 1. Although details will be described later, the PCM 10 corresponds to an engine control device in the present invention. In particular, the PCM 10 functions as a “control unit” in the present invention.

[運転領域]
次に、図4を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの運転領域について説明する。図4は、エンジン1の運転制御マップの一例を示している。このエンジン1は、燃費の向上や排気エミッション性能の向上を目的として、エンジン負荷が相対的に低い運転領域(以下では「HCCI領域」と呼ぶ。)R1では、点火プラグ25による点火を行わずに、予混合圧縮自己着火(Homogeneous-Charge Compression Ignition:HCCI)による圧縮着火燃焼を行う。しかしながら、エンジン1の負荷が高くなるに従って、圧縮着火燃焼では、燃焼が急峻になりすぎてしまい、例えば燃焼騒音等の問題を引き起こすことになる。そこで、このエンジン1では、エンジン負荷が相対的に高い運転領域(以下では「SI領域」と呼ぶ。)R2では、圧縮着火燃焼を止めて、点火プラグ25を利用した強制点火燃焼(ここでは火花点火燃焼(Spark Ignition:SI))に切り替える。このように、このエンジン1は、エンジン1の運転状態、特にエンジン1の負荷に応じて、予混合圧縮自己着火燃焼を行うHCCIモードと、火花点火燃焼を行うSIモードとを切り替えるように構成されている。但し、モード切り替えの境界線は、図例に限定されるものではない。
[Operation area]
Next, with reference to FIG. 4, an operation region of the engine according to the embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 shows an example of the operation control map of the engine 1. For the purpose of improving fuel economy and exhaust emission performance, the engine 1 is not ignited by the spark plug 25 in an operation region (hereinafter referred to as “HCCI region”) R1 where the engine load is relatively low. Then, compression ignition combustion is performed by premixed compression self-ignition (Homogeneous-Charge Compression Ignition: HCCI). However, as the load on the engine 1 increases, in the compression ignition combustion, the combustion becomes too steep and causes problems such as combustion noise. Therefore, in this engine 1, in the operation region (hereinafter referred to as "SI region") R2 where the engine load is relatively high, compression ignition combustion is stopped and forced ignition combustion (here, sparks) using the spark plug 25 is performed. Switch to ignition combustion (Spark Ignition: SI). As described above, the engine 1 is configured to switch between the HCCI mode in which the premixed compression self-ignition combustion is performed and the SI mode in which the spark ignition combustion is performed in accordance with the operation state of the engine 1, in particular, the load of the engine 1. ing. However, the boundary line for mode switching is not limited to the illustrated example.

また、図4に示すように、HCCIモードでエンジン1の運転が行われるHCCI領域R1は、低負荷側の第1運転領域R11と、第1運転領域R11よりも高負荷側の第2運転領域R12と、第2運転領域R12よりも高負荷側の第3運転領域R13とに区分されている。詳細は後述するが、エンジン1の運転状態がHCCI領域R1における第1運転領域R11、第2運転領域R12及び第3運転領域R13のいずれの領域内にあるかに応じて、気筒18毎に設けられた2つの排気弁22a、22bの作動モードが切り替えられる。   As shown in FIG. 4, the HCCI region R1 in which the engine 1 is operated in the HCCI mode includes a first operation region R11 on the low load side and a second operation region on the higher load side than the first operation region R11. R12 is divided into a third operation region R13 on the higher load side than the second operation region R12. Although details will be described later, it is provided for each cylinder 18 depending on whether the operating state of the engine 1 is in the first operating region R11, the second operating region R12, or the third operating region R13 in the HCCI region R1. The operation modes of the two exhaust valves 22a and 22b are switched.

[本実施形態による制御方法]
次に、本発明の実施形態において、排気側可変バルブ機構としてのVVL71を介して排気弁22(排気弁22a、22b)に対して行う制御内容について具体的に説明する。上述したように、本実施形態では、PCM10は、HCCI領域R1において、排気弁22が排気行程中において開弁すると共に吸気行程中においても開弁するような、いわゆる排気の二度開きを行う特殊モードで作動するようにVVL71を制御して、筒内に内部EGRガスを再導入させている。
[Control Method According to this Embodiment]
Next, in the embodiment of the present invention, the contents of control performed on the exhaust valve 22 (exhaust valves 22a and 22b) via the VVL 71 as the exhaust side variable valve mechanism will be specifically described. As described above, in the present embodiment, in the HCCI region R1, the PCM 10 performs a so-called double opening of exhaust so that the exhaust valve 22 opens during the exhaust stroke and also during the intake stroke. The VVL 71 is controlled to operate in the mode, and the internal EGR gas is reintroduced into the cylinder.

まず、図5を参照して、内部EGR率の要求範囲を満たすのに必要な排気有効面積について説明する。図5は、横軸に吸気有効面積を示し、縦軸に排気有効面積を示している。また、図5では、グレースケールの濃淡によって内部EGR率を表している。具体的には、色が薄くなるほど内部EGR率が大きくなり、色が濃くなるほど内部EGR率が小さくなる。   First, the exhaust effective area required to satisfy the required range of the internal EGR rate will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows the effective intake area on the horizontal axis and the effective exhaust area on the vertical axis. Further, in FIG. 5, the internal EGR rate is represented by grayscale shading. Specifically, the internal EGR rate increases as the color becomes lighter, and the internal EGR rate decreases as the color becomes darker.

吸気有効面積は、吸気弁21を介してガスが通過する流路の面積と、このガスの体積流量とを乗算した量に相当し、排気有効面積は、排気弁22を介してガスが通過する流路の面積と、このガスの体積流量とを乗算した量に相当する。より詳しくは、吸気有効面積及び排気有効面積は、それぞれ、吸気弁21及び排気弁22の開弁期間について、流量面積と体積流量変化率との積をクランク角にて積分した量である。また、吸気有効面積は、吸気弁21のリフト量(以下では適宜「吸気弁リフト量」と呼ぶ。)に一義的に対応し、この吸気弁リフト量の変化に応じて変化する量である。加えて、排気有効面積は、排気弁22のリフト量(以下では適宜「排気弁リフト量」と呼ぶ。)に一義的に対応し、この排気弁リフト量の変化に応じて変化する量である。   The effective intake area corresponds to an amount obtained by multiplying the area of the flow path through which the gas passes through the intake valve 21 and the volumetric flow rate of the gas. The effective exhaust area passes through the exhaust valve 22. This corresponds to an amount obtained by multiplying the area of the flow path by the volume flow rate of the gas. More specifically, the effective intake area and the effective exhaust area are amounts obtained by integrating the product of the flow area and the volume flow rate change rate with the crank angle for the valve opening periods of the intake valve 21 and the exhaust valve 22, respectively. Further, the intake effective area uniquely corresponds to the lift amount of the intake valve 21 (hereinafter referred to as “intake valve lift amount” as appropriate), and is an amount that changes in accordance with the change in the intake valve lift amount. In addition, the exhaust effective area uniquely corresponds to the lift amount of the exhaust valve 22 (hereinafter referred to as “exhaust valve lift amount” as appropriate), and is an amount that changes in accordance with the change in the exhaust valve lift amount. .

図5において、グラフG11、G12は、それぞれ、内部EGR率の等高線を示している。具体的には、グラフG11は、HCCI領域R1において筒内に再導入すべき内部EGRガスについての要求の内部EGR率の範囲における上限値(例えば75%)を示しており、グラフG12は、この要求の内部EGR率の範囲における下限値(例えば25%)を示している。他方で、グラフG13は、ポンピングロスが発生する境界線であり、このグラフG13の下方に位置する吸気有効面積及び排気有効面積を適用するとポンピングロスが発生することを示している。   In FIG. 5, graphs G11 and G12 show contour lines of the internal EGR rate, respectively. Specifically, the graph G11 shows the upper limit (for example, 75%) in the range of the required internal EGR rate for the internal EGR gas to be reintroduced into the cylinder in the HCCI region R1, and the graph G12 The lower limit value (for example, 25%) in the range of the internal EGR rate of the request is shown. On the other hand, the graph G13 is a boundary line where a pumping loss occurs, and shows that a pumping loss occurs when the effective intake area and the effective exhaust area located below the graph G13 are applied.

本実施形態では、ポンピングロスが発生しないようにしつつ、要求の内部EGR率の範囲が実現されるような、排気有効面積の範囲を適用するようにする。この場合、排気有効面積の範囲ができるだけ狭くなるようにする。これは、吸気側のVVL74が吸気弁21のリフト量を連続的に変更可能に構成されているため、吸気側のVVL74により吸気弁21のリフト量を大きく変化させて、つまり吸気有効面積を変化させる範囲を大きく取り、排気有効面積を変化させる範囲を最小限に留めることを図ったものである。そうすると、上記したグラフG11、G12、G13より、図5中の符号R3で示す範囲が、適用すべき排気有効面積の範囲として得られる。   In the present embodiment, a range of the effective exhaust area is applied such that the required internal EGR rate range is realized while preventing a pumping loss. In this case, the range of the effective exhaust area is made as narrow as possible. This is because the intake-side VVL 74 is configured so that the lift amount of the intake valve 21 can be continuously changed. Therefore, the intake-side VVL 74 greatly changes the lift amount of the intake valve 21, that is, changes the intake effective area. This is intended to minimize the range in which the effective exhaust area is changed by taking a large range. Then, from the graphs G11, G12, and G13 described above, the range indicated by the symbol R3 in FIG. 5 is obtained as the range of the effective exhaust area to be applied.

ここで、本実施形態では、PCM10は、上記した所望の排気有効面積の範囲R3を実現するに当たって、HCCI領域R1における第1運転領域R11、第2運転領域R12及び第3運転領域R13に応じて(図4参照)、気筒18毎に設けられた2つの排気弁22a、22bのそれぞれの作動モードを切り替えるようにする。具体的には、(1)排気弁22a、22bの両方を特殊モードで作動させて、排気弁22a、22bの両方を吸気行程及び排気行程に渡って二度開きさせる「両弁作動モード」と、(2)排気弁22a、22bのうちでリフト量が大きい方の排気弁22aのみを特殊モードで作動させて、この排気弁22aのみを吸気行程及び排気行程に渡って二度開きさせ、排気弁22a、22bのうちでリフト量が小さい方の排気弁22bについては通常モードで作動させて、排気行程中において一度だけ開弁させる「第1片弁作動モード」と、(3)排気弁22a、22bのうちでリフト量が小さい方の排気弁22bのみを特殊モードで作動させて、この排気弁22bのみを吸気行程及び排気行程に渡って二度開きさせ、排気弁22a、22bのうちでリフト量が大きい方の排気弁22aについては通常モードで作動させて、排気行程中において一度だけ開弁させる「第2片弁作動モード」と、をHCCI領域R1において切り替えて適用することで、所望の排気有効面積の範囲R3を実現するようにする。   Here, in the present embodiment, the PCM 10 according to the first operation region R11, the second operation region R12, and the third operation region R13 in the HCCI region R1 in realizing the desired exhaust effective area range R3. (Refer to FIG. 4) The operation modes of the two exhaust valves 22a and 22b provided for each cylinder 18 are switched. Specifically, (1) “both valve operation mode” in which both the exhaust valves 22a and 22b are operated in a special mode and both the exhaust valves 22a and 22b are opened twice over the intake stroke and the exhaust stroke. (2) Of the exhaust valves 22a and 22b, only the exhaust valve 22a having the larger lift amount is operated in the special mode, and only the exhaust valve 22a is opened twice over the intake stroke and the exhaust stroke. Among the valves 22a and 22b, the exhaust valve 22b having the smaller lift amount is operated in the normal mode and is opened only once during the exhaust stroke, and (3) the exhaust valve 22a. 22b, only the exhaust valve 22b having the smaller lift amount is operated in the special mode, and only the exhaust valve 22b is opened twice over the intake stroke and the exhaust stroke, and the exhaust valve 22a, 22b The exhaust valve 22a having the larger valve amount is operated in the normal mode, and the “second one-valve operation mode” in which the valve is opened only once during the exhaust stroke is switched and applied in the HCCI region R1, so that the desired The exhaust effective area range R3 is realized.

そして、本実施形態では、PCM10は、第1運転領域R11において両弁作動モードを実行し、第2運転領域R12において第1片弁作動モードを実行し、第3運転領域R13において第2片弁作動モードを実行する。換言すると、本実施形態では、両弁作動モードを適用する運転領域を第1運転領域R11と規定し、第1片弁作動モードを適用する運転領域を第2運転領域R12と規定し、第2片弁作動モードを適用する運転領域を第3運転領域R13と規定している。   In the present embodiment, the PCM 10 executes the double valve operation mode in the first operation region R11, executes the first single valve operation mode in the second operation region R12, and the second single valve in the third operation region R13. Run the operating mode. In other words, in this embodiment, the operation region to which the both-valve operation mode is applied is defined as the first operation region R11, the operation region to which the first one-valve operation mode is applied is defined as the second operation region R12, and the second The operation region to which the single valve operation mode is applied is defined as a third operation region R13.

上記した本実施形態によれば、両弁作動モードでは、排気弁22a、22bの両方を二度開きさせるため、吸気行程における排気有効面積が最も大きくなり、第1片弁作動モードでは、リフト量が大きいほうの排気弁22aのみを二度開きさせるため、吸気行程における排気有効面積が両弁作動モードよりも小さくなり、第2片弁作動モードでは、リフト量が小さいほうの排気弁22bのみを二度開きさせるため、吸気行程における排気有効面積が第1片弁作動モードよりも小さくなる。したがって、本実施形態によれば、このように両弁作動モードと第1片弁作動モードと第2片弁作動モードとを切り替えて適用するので、2つの排気弁22の両方を常に二度開きさせる構成(両弁作動モードを常時実行する構成)や、リフト量が同じ2つの排気弁22を用い、2つの排気弁22の両方を二度開きさせる両弁作動モードと2つの排気弁22の一方のみを二度開きさせる片弁作動モードとを切り替える構成(以下ではこの構成を適宜「比較例」と呼ぶ。)と比較すると、取り得る排気有効面積の範囲が広くなるのである。   According to the above-described embodiment, since both the exhaust valves 22a and 22b are opened twice in the double valve operation mode, the exhaust effective area in the intake stroke becomes the largest. In the first single valve operation mode, the lift amount Since only the exhaust valve 22a having a larger value is opened twice, the effective exhaust area in the intake stroke is smaller than that in the double valve operation mode. In the second single valve operation mode, only the exhaust valve 22b having a smaller lift amount is used. Since it is opened twice, the effective exhaust area in the intake stroke is smaller than in the first one-valve operation mode. Therefore, according to the present embodiment, since the two-valve operation mode, the first one-valve operation mode, and the second one-valve operation mode are switched in this way, both the two exhaust valves 22 are always opened twice. (A configuration in which both valve operation modes are always executed), two exhaust valves 22 having the same lift amount, and a two-valve operation mode in which both the two exhaust valves 22 are opened twice and two exhaust valves 22 Compared with a configuration in which only one side is switched to a one-valve operation mode in which only one is opened (hereinafter, this configuration is referred to as a “comparative example” as appropriate), a range of possible exhaust effective areas is widened.

このような観点より、本実施形態では、所望の排気有効面積の範囲R3が適切に実現されるように、排気弁22a、22bのそれぞれのリフト量L1、L2を設定している。具体的には、所望の排気有効面積の範囲R3の上限値が適切に実現されるように、リフト量L1とリフト量L2との和を決め、また、所望の排気有効面積の範囲R3の下限値が適切に実現されるように、小さい方のリフト量L2を決めることにより、排気弁22a、22bのそれぞれのリフト量L1、L2を設定している。   From such a viewpoint, in the present embodiment, the lift amounts L1 and L2 of the exhaust valves 22a and 22b are set so that a desired exhaust effective area range R3 is appropriately realized. Specifically, the sum of the lift amount L1 and the lift amount L2 is determined so that the upper limit value of the desired exhaust effective area range R3 is appropriately realized, and the lower limit of the desired exhaust effective area range R3 is determined. The lift amounts L1 and L2 of the exhaust valves 22a and 22b are set by determining the smaller lift amount L2 so that the value is appropriately realized.

次に、図6を参照して、本発明の実施形態において適用する排気弁22及び吸気弁21のリフトカーブについて説明する。図6は、本実施形態による排気弁22及び吸気弁21のリフトカーブの具体例を示している。図6は、横軸にクランク角を示し、縦軸に、排気弁22(排気弁22a、22b)及び吸気弁21のリフト量を示している。   Next, the lift curves of the exhaust valve 22 and the intake valve 21 applied in the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows a specific example of lift curves of the exhaust valve 22 and the intake valve 21 according to the present embodiment. In FIG. 6, the abscissa indicates the crank angle, and the ordinate indicates the lift amount of the exhaust valve 22 (exhaust valves 22 a and 22 b) and the intake valve 21.

図6において、グラフG21は、排気弁22a、22bのうちでリフト量が大きい方の排気弁22aのリフトカーブを示しており、排気弁22aが吸気行程及び排気行程に渡って二度開きされていることがわかる。この排気弁22aのリフトカーブG21は、排気弁22aが特殊モードで作動される、HCCI領域R1における第1運転領域R11及び第2運転領域R12において適用されるものである、つまり両弁作動モード及び第1片弁作動モードにおいて適用されるものである。また、グラフG22は、排気弁22a、22bのうちでリフト量が小さい方の排気弁22bのリフトカーブを示しており、排気弁22bが吸気行程及び排気行程に渡って二度開きされていることがわかる。この排気弁22bのリフトカーブG22は、排気弁22bが特殊モードで作動される、HCCI領域R1における第1運転領域R11及び第3運転領域R13において適用されるものである、つまり両弁作動モード及び第2片弁作動モードにおいて適用されるものである。   In FIG. 6, a graph G21 shows the lift curve of the exhaust valve 22a having the larger lift amount of the exhaust valves 22a and 22b. The exhaust valve 22a is opened twice over the intake stroke and the exhaust stroke. I understand that. The lift curve G21 of the exhaust valve 22a is applied in the first operation region R11 and the second operation region R12 in the HCCI region R1 in which the exhaust valve 22a is operated in the special mode, that is, the both valve operation mode and This is applied in the first single valve operation mode. The graph G22 shows the lift curve of the exhaust valve 22b having the smaller lift amount of the exhaust valves 22a and 22b, and the exhaust valve 22b is opened twice over the intake stroke and the exhaust stroke. I understand. The lift curve G22 of the exhaust valve 22b is applied in the first operation region R11 and the third operation region R13 in the HCCI region R1 in which the exhaust valve 22b is operated in a special mode. This is applied in the second single valve operation mode.

他方で、グラフG23は、吸気弁21のリフトカーブを示しており、吸気弁21が吸気行程において開弁されていることがわかる。この吸気弁21のリフトカーブG23は、HCCI領域R1において適用されるものである。なお、図6では、吸気弁21のリフトカーブG23を1つのみ示しているが、上述したように、吸気弁21はVVL74によってリフト量が連続的に変更されるので、実際には吸気弁21のリフトカーブはリフト量が異なるものが複数存在する。   On the other hand, the graph G23 shows the lift curve of the intake valve 21, and it can be seen that the intake valve 21 is opened in the intake stroke. The lift curve G23 of the intake valve 21 is applied in the HCCI region R1. In FIG. 6, only one lift curve G23 of the intake valve 21 is shown, but as described above, the lift amount of the intake valve 21 is continuously changed by the VVL 74. There are a plurality of lift curves having different lift amounts.

次に、図7及び図8を参照して、排気弁22の作動モードを切り替えつつ、吸気弁21のリフト量を変化させた場合に実現可能な内部EGR率の範囲について説明する。   Next, the range of the internal EGR rate that can be realized when the lift amount of the intake valve 21 is changed while switching the operation mode of the exhaust valve 22 will be described with reference to FIGS. 7 and 8.

図7は、上記した比較例により得られた、実現可能な内部EGR率の範囲についての説明図である。比較例では、リフト量が同じ2つの排気弁22を用い、2つの排気弁22の両方を二度開きさせる両弁作動モードと、2つの排気弁22の一方のみ(どちらの排気弁22を選択してもよい)を二度開きさせる片弁作動モードとを切り替える。また、比較例では、排気弁22のリフト量として、本実施形態による排気弁22aのリフト量L1と排気弁22bのリフト量L2との間の量を適用するものとする。以下では、比較例による排気弁22のリフト量を適宜「L3」と表記する(L1>L3>L2)。   FIG. 7 is an explanatory diagram of the range of realizable internal EGR rates obtained by the comparative example described above. In the comparative example, two exhaust valves 22 having the same lift amount are used, and both of the two exhaust valves 22 are opened twice, and only one of the two exhaust valves 22 (which one of the exhaust valves 22 is selected). Switch between the one-valve operation mode that opens twice. Further, in the comparative example, as the lift amount of the exhaust valve 22, an amount between the lift amount L1 of the exhaust valve 22a and the lift amount L2 of the exhaust valve 22b according to the present embodiment is applied. Hereinafter, the lift amount of the exhaust valve 22 according to the comparative example is appropriately expressed as “L3” (L1> L3> L2).

図7の上のグラフは、吸気弁リフト量と内部EGR率との関係を示し、図7の下のグラフは、吸気弁リフト量とポンプ損失平均有効圧であるPMEP(Pumping Mean Effective Pressure)との関係を示している。図7の下のグラフ中の符号「PL」は、ポンピングロスに対応する圧力を示しており、図7の下のグラフに示すように、比較例では、このポンピングロスPLを下回らない範囲において、両弁作動モード及び片弁作動モードのそれぞれについて吸気弁リフト量を変化させている。そうすると、比較例によれば、図7の上のグラフに示すように、両弁作動モードでは符号R41に示す内部EGR率の範囲が実現され、片弁作動モードでは符号R42に示す内部EGR率の範囲が実現される。この場合、比較例においては、上記したポンピングロスPLにより、符号R43に示す範囲の内部EGR率を実現することができない。したがって、比較例によれば、排気弁22の作動モードを切り替えつつ、吸気弁リフト量を変化させても、実現することができない内部EGR率の範囲R43が存在するため、内部EGR率を連続的に変化させることができない。   The upper graph in FIG. 7 shows the relationship between the intake valve lift amount and the internal EGR rate, and the lower graph in FIG. 7 shows the intake valve lift amount and PMEP (Pumping Mean Effective Pressure) that is the pump loss average effective pressure. Shows the relationship. The symbol “PL” in the lower graph of FIG. 7 indicates the pressure corresponding to the pumping loss. As shown in the lower graph of FIG. 7, in the comparative example, in a range not lower than the pumping loss PL, The intake valve lift amount is changed for each of the double valve operation mode and the single valve operation mode. Then, according to the comparative example, as shown in the upper graph of FIG. 7, the range of the internal EGR rate indicated by the symbol R41 is realized in the dual valve operation mode, and the internal EGR rate indicated by the symbol R42 is realized in the single valve operation mode. A range is realized. In this case, in the comparative example, the internal EGR rate in the range indicated by the symbol R43 cannot be realized by the above-described pumping loss PL. Therefore, according to the comparative example, there is an internal EGR rate range R43 that cannot be realized even if the intake valve lift amount is changed while switching the operation mode of the exhaust valve 22, so the internal EGR rate is continuously increased. Cannot be changed.

他方で、図8は、本発明の実施形態により得られた、実現可能な内部EGR率の範囲についての説明図である。図8も図7と同様に、上のグラフは、吸気弁リフト量と内部EGR率との関係を示し、下のグラフは、吸気弁リフト量とPMEPとの関係を示している。本実施形態でも、図8の下のグラフに示すように、ポンピングロスPLを下回らない範囲において、両弁作動モード、第1片弁作動モード及び第2片弁作動モードのそれぞれについて吸気弁リフト量を変化させる。そうすると、本実施形態によれば、図8の上のグラフに示すように、両弁作動モード、第1片弁作動モード及び第2片弁作動モードによって、全体として、符号R5に示す内部EGR率の範囲が実現される。この本実施形態による内部EGR率の範囲R5では、比較例のような、ポンピングロスPLにより実現できない内部EGR率の範囲R43が存在していない。したがって、本実施形態によれば、排気弁22の作動モードを切り替えつつ、吸気弁リフト量を変化させることにより、範囲R5内において内部EGR率を適切に連続的に変化させることができる。   On the other hand, FIG. 8 is an explanatory diagram of the range of internal EGR rates that can be achieved, obtained by the embodiment of the present invention. Similarly to FIG. 7, FIG. 8 shows the relationship between the intake valve lift amount and the internal EGR rate, and the lower graph shows the relationship between the intake valve lift amount and PMEP. Also in the present embodiment, as shown in the lower graph of FIG. 8, the intake valve lift amount for each of the double valve operation mode, the first single valve operation mode, and the second single valve operation mode within a range that does not fall below the pumping loss PL. To change. Then, according to the present embodiment, as shown in the upper graph of FIG. 8, the internal EGR rate indicated by the symbol R5 as a whole by the double valve operation mode, the first single valve operation mode, and the second single valve operation mode. A range of is realized. In the internal EGR rate range R5 according to this embodiment, there is no internal EGR rate range R43 that cannot be realized by the pumping loss PL as in the comparative example. Therefore, according to the present embodiment, the internal EGR rate can be changed appropriately and continuously within the range R5 by changing the intake valve lift amount while switching the operation mode of the exhaust valve 22.

また、比較例では、リフト量L3の排気弁22により片弁作動モードを実施しているのに対して、本実施形態では、このリフト量L3よりも小さいリフト量L2の排気弁22bを用いて第2片弁作動モードを実施しているので、実現可能な内部EGR率の範囲の下限値が比較例よりも小さな値となる。つまり、本実施形態によれば、比較例と比較して、実現可能な内部EGR率における下側の範囲が拡大するのである。   Further, in the comparative example, the one-valve operation mode is performed by the exhaust valve 22 having the lift amount L3, whereas in the present embodiment, the exhaust valve 22b having the lift amount L2 smaller than the lift amount L3 is used. Since the second one-valve operation mode is implemented, the lower limit value of the realizable internal EGR rate range is smaller than that of the comparative example. That is, according to the present embodiment, the lower range of the realizable internal EGR rate is expanded as compared with the comparative example.

次に、図9を参照して、本発明の実施形態において内部EGR率を変化させるために行う具体的な制御方法について説明する。図9は、図5と同様に、横軸に吸気有効面積(吸気弁リフト量に一義的に対応する)を示し、縦軸に排気有効面積(排気弁リフト量に一義的に対応する)を示している。なお、図5と同一の符号を付した要素は同一の意味を有するものとする。内部EGR率についての表現も図5と同様である。   Next, with reference to FIG. 9, a specific control method performed to change the internal EGR rate in the embodiment of the present invention will be described. In FIG. 9, as in FIG. 5, the horizontal axis represents the effective intake area (which uniquely corresponds to the intake valve lift amount), and the vertical axis represents the effective exhaust area (which uniquely corresponds to the exhaust valve lift amount). Show. Elements having the same reference numerals as those in FIG. 5 have the same meaning. The expression for the internal EGR rate is the same as in FIG.

ここで、先に示した図8からも分かるように、或る吸気弁リフト量において両弁作動モードと第1片弁作動モードとを切り替えようとすると、両弁作動モードで当該吸気弁リフト量に設定したときの内部EGR率と、第1片弁作動モードで当該吸気弁リフト量に設定したときの内部EGR率とが基本的に異なるため、この切り替え時に内部EGR率の変化の連続性が確保されなくなる、つまり内部EGR率の変化に段差が生じてしまう。この内部EGR率の段差は、第1片弁作動モードと第2片弁作動モードとを切り替えるときにも同様に生じる。したがって、本実施形態では、PCM10は、このような作動モードの切り替え時に生じる内部EGR率の変化における段差を抑制すべく、排気弁22の作動モードを切り替える制御に協調して、吸気弁21のリフト量を変化させる制御を行う。   Here, as can be seen from FIG. 8 described above, when switching between the two-valve operation mode and the first one-valve operation mode at a certain intake valve lift amount, the intake valve lift amount is determined in the both-valve operation mode. Since the internal EGR rate when set to 1 and the internal EGR rate when the intake valve lift amount is set in the first one-valve operation mode are basically different, the continuity of the change in the internal EGR rate during this switching is It is not ensured, that is, there is a step in the change of the internal EGR rate. This step in the internal EGR rate similarly occurs when switching between the first single valve operation mode and the second single valve operation mode. Therefore, in the present embodiment, the PCM 10 cooperates with the control for switching the operation mode of the exhaust valve 22 to suppress the step in the change in the internal EGR rate that occurs at the time of switching the operation mode, and lifts the intake valve 21. Control to change the amount.

排気弁22の作動モードの切り替えに協調して吸気弁リフト量を変化させる制御の詳細について、図9を参照して説明する。図9において、符号R61で示す範囲は、両弁作動モードを適用したときに(つまり排気弁22a、22bの両方を特殊モードで作動させたとき)、吸気弁リフト量を変化させることで実現可能な内部EGR率の範囲である。また、符号R62で示す範囲は、第1片弁作動モードを適用したときに(つまり大きい方の排気弁22aのみを特殊モードで作動させたとき)、吸気弁リフト量を変化させることで実現可能な内部EGR率の範囲である。また、符号R63で示す範囲は、第2片弁作動モードを適用したときに(つまり小さい方の排気弁22bのみを特殊モードで作動させたとき)、吸気弁リフト量を変化させることで実現可能な内部EGR率の範囲である。これらの内部EGR率の範囲R61、R62、R63は、基本的には、排気有効面積(排気弁リフト量に対応する)と、ポンピングロスが発生する境界線G13とに応じて決まる。   Details of the control for changing the intake valve lift amount in cooperation with switching of the operation mode of the exhaust valve 22 will be described with reference to FIG. In FIG. 9, the range indicated by the symbol R61 can be realized by changing the intake valve lift amount when the double valve operation mode is applied (that is, when both the exhaust valves 22a and 22b are operated in the special mode). This is a range of the internal EGR rate. Further, the range indicated by the symbol R62 can be realized by changing the intake valve lift amount when the first single valve operation mode is applied (that is, when only the larger exhaust valve 22a is operated in the special mode). This is a range of the internal EGR rate. The range indicated by the symbol R63 can be realized by changing the intake valve lift amount when the second one-valve operation mode is applied (that is, when only the smaller exhaust valve 22b is operated in the special mode). This is a range of the internal EGR rate. These internal EGR rate ranges R61, R62, and R63 are basically determined in accordance with the effective exhaust area (corresponding to the exhaust valve lift amount) and the boundary line G13 where the pumping loss occurs.

本実施形態では、PCM10は、上記した内部EGR率の範囲R61、R62、R63に基づき、図9中の矢印A1に示すように、排気弁22の作動モードの切り替えに協調して吸気弁21のリフト量を変化させる。具体的には、例えば、エンジンの運転状態が第1運転領域R11にある状態においてエンジン負荷が増加した場合、PCM10は、両弁作動モードで排気弁22を作動させながら、具体的には排気弁22a及び排気弁22bの両方を特殊モードで作動させるようにVVL71を制御しながら、吸気弁21のリフト量を徐々に増加させるようにVVL74を制御する(符号A11参照)。そして、エンジン負荷が増加して、エンジンの運転状態が第1運転領域R11から第2運転領域R12に切り替わった場合、PCM10は、両弁作動モードから第1片弁作動モードに切り替えて、具体的には排気弁22aを特殊モードに維持しつつ排気弁22bを特殊モードから通常モードに切り替えるようにVVL71を制御し、吸気弁21のリフト量を一旦低下させるようにVVL74を制御する(符号A12参照)。詳しくは、PCM10は、この切り替え時に内部EGR率を維持すべく、内部EGR率の等高線に沿うように吸気弁21のリフト量を低下させる。   In the present embodiment, the PCM 10 cooperates with the switching of the operation mode of the exhaust valve 22 based on the above-described internal EGR rate ranges R61, R62, and R63 as shown by the arrow A1 in FIG. Change the lift amount. Specifically, for example, when the engine load increases in a state where the engine operation state is in the first operation region R11, the PCM 10 operates the exhaust valve 22 in the dual valve operation mode, specifically, the exhaust valve The VVL 74 is controlled so as to gradually increase the lift amount of the intake valve 21 while controlling the VVL 71 so that both the 22a and the exhaust valve 22b are operated in the special mode (see reference numeral A11). When the engine load increases and the engine operating state is switched from the first operation region R11 to the second operation region R12, the PCM 10 switches from the both-valve operation mode to the first one-valve operation mode. The VVL 71 is controlled so as to switch the exhaust valve 22b from the special mode to the normal mode while maintaining the exhaust valve 22a in the special mode, and the VVL 74 is controlled so as to temporarily reduce the lift amount of the intake valve 21 (see reference A12). ). Specifically, the PCM 10 reduces the lift amount of the intake valve 21 along the contour line of the internal EGR rate in order to maintain the internal EGR rate during this switching.

この後、エンジンの運転状態が第2運転領域R12にある状態においてエンジン負荷が増加した場合、PCM10は、第1片弁作動モードで排気弁22を作動させながら、具体的には排気弁22aを特殊モードで作動させると共に排気弁22bを通常モードで作動させるようにVVL71を制御しながら、吸気弁21のリフト量を徐々に増加させるようにVVL74を制御する(符号A13参照)。そして、エンジン負荷が増加して、エンジンの運転状態が第2運転領域R12から第3運転領域R13に切り替わった場合、PCM10は、第1片弁作動モードから第2片弁作動モードに切り替えて、具体的には排気弁22aを特殊モードから通常モードに切り替えると共に排気弁22bを通常モードから特殊モードに切り替えるようにVVL71を制御し、吸気弁21のリフト量を一旦低下させるようにVVL74を制御する(符号A14参照)。詳しくは、PCM10は、この切り替え時に内部EGR率を維持すべく、内部EGR率の等高線に沿うように吸気弁21のリフト量を低下させる。この後、エンジンの運転状態が第3運転領域R13にある状態においてエンジン負荷が増加した場合、PCM10は、第2片弁作動モードで排気弁22を作動させながら、具体的には排気弁22aを通常モードで作動させると共に排気弁22bを特殊モードで作動させるようにVVL71を制御しながら、吸気弁21のリフト量を徐々に増加させるようにVVL74を制御する(符号A15参照)。   Thereafter, when the engine load increases in a state where the engine operating state is in the second operation region R12, the PCM 10 operates the exhaust valve 22 in the first one-valve operation mode, specifically, the exhaust valve 22a. The VVL 74 is controlled so as to gradually increase the lift amount of the intake valve 21 while controlling the VVL 71 so as to operate in the special mode and the exhaust valve 22b in the normal mode (see reference A13). When the engine load increases and the engine operating state is switched from the second operation region R12 to the third operation region R13, the PCM 10 switches from the first one-valve operation mode to the second one-valve operation mode, Specifically, the VVL 71 is controlled so that the exhaust valve 22a is switched from the special mode to the normal mode and the exhaust valve 22b is switched from the normal mode to the special mode, and the VVL 74 is controlled so as to temporarily reduce the lift amount of the intake valve 21. (See reference A14). Specifically, the PCM 10 reduces the lift amount of the intake valve 21 along the contour line of the internal EGR rate in order to maintain the internal EGR rate during this switching. Thereafter, when the engine load increases in a state where the engine operating state is in the third operation region R13, the PCM 10 operates the exhaust valve 22 in the second one-valve operation mode, specifically, the exhaust valve 22a. The VVL 74 is controlled so as to gradually increase the lift amount of the intake valve 21 while controlling the VVL 71 so as to operate in the normal mode and the exhaust valve 22b in the special mode (see reference A15).

なお、HCCI領域R1においてエンジン負荷が減少していく場合には、PCM10は、上記した制御とは逆の流れで制御を行う。この場合にも、PCM10は、図9中の矢印A1に示すように、排気弁22の作動モードの切り替えに協調して吸気弁21のリフト量を変化させる。   Note that when the engine load decreases in the HCCI region R1, the PCM 10 performs the control in a flow reverse to the above-described control. Also in this case, the PCM 10 changes the lift amount of the intake valve 21 in cooperation with the switching of the operation mode of the exhaust valve 22, as indicated by an arrow A1 in FIG.

[作用効果]
次に、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置の作用効果について説明する。
[Function and effect]
Next, functions and effects of the engine control apparatus according to the embodiment of the present invention will be described.

本実施形態では、HCCI領域R1を第1乃至第3運転領域R11、R12、R13に区分し、低負荷側の第1運転領域R11では排気弁22a及び排気弁22bの両方を二度開きさせ、第1運転領域R11よりも高負荷側の第2運転領域R12では比較的大きなリフト量を有する排気弁22aのみを二度開きさせ、第2運転領域R12よりも高負荷側の第3運転領域R13では比較的小さなリフト量を有する排気弁22bのみを二度開きさせる。これにより、ポンピングロスの発生を抑制しつつ、内部EGR率の制御性を向上させることができる。具体的には、HCCI領域R1において、エンジン負荷に応じて内部EGR率を適切に変化させることができる。   In the present embodiment, the HCCI region R1 is divided into first to third operation regions R11, R12, R13, and both the exhaust valve 22a and the exhaust valve 22b are opened twice in the first operation region R11 on the low load side, In the second operation region R12 on the higher load side than the first operation region R11, only the exhaust valve 22a having a relatively large lift amount is opened twice, and the third operation region R13 on the higher load side than the second operation region R12. Then, only the exhaust valve 22b having a relatively small lift amount is opened twice. Thereby, controllability of the internal EGR rate can be improved while suppressing the occurrence of pumping loss. Specifically, in the HCCI region R1, the internal EGR rate can be appropriately changed according to the engine load.

また、本実施形態によれば、排気弁22a、22bのいずれか一方のみを二度開きさせる作動モード(第1片弁作動モード及び第2片弁作動モード)を適用するので、2つの排気弁22の両方を常に二度開きさせる構成と比較して、内部EGRガスを筒内により均一に分布させることができ、エンジン負荷の増大時における燃焼重心の進角を抑制することができる。したがって、エンジン負荷の増大に伴う燃焼重心の進角による燃焼騒音の増大を抑制しつつ、内部EGRガスを使用するHCCI領域R1を高負荷側に拡大することができる。   Further, according to the present embodiment, the operation mode (the first one-valve operation mode and the second one-valve operation mode) in which only one of the exhaust valves 22a and 22b is opened twice is applied. Compared with the configuration in which both of the two are always opened twice, the internal EGR gas can be distributed more uniformly in the cylinder, and the advance angle of the combustion center of gravity when the engine load increases can be suppressed. Therefore, it is possible to expand the HCCI region R1 using the internal EGR gas to the high load side while suppressing an increase in combustion noise due to the advance of the combustion center of gravity accompanying an increase in engine load.

また、本実施形態によれば、HCCI領域R1において、エンジン負荷が増加するほど、内部EGR率が減少するように、排気弁22の作動モードを切り替える制御及び吸気弁21のリフト量を変化させる制御を行うので、エンジン負荷の増加に応じて内部EGR率を適切に減少させることができる。   Further, according to the present embodiment, in the HCCI region R1, the control for switching the operation mode of the exhaust valve 22 and the control for changing the lift amount of the intake valve 21 so that the internal EGR rate decreases as the engine load increases. Therefore, the internal EGR rate can be appropriately reduced as the engine load increases.

特に、本実施形態によれば、HCCI領域R1においてエンジン負荷が増加する場合に、エンジンの運転状態が第1運転領域R11、第2運転領域R12及び第3運転領域R13のいずれに属するかに応じて、排気弁22a及び排気弁22bのうちで二度開きさせる弁を切り替える制御を行うと共に、エンジン負荷の増加に応じて吸気弁21のリフト量を大きくする制御を行うので、エンジン負荷の増加に応じて内部EGR率を所望の範囲内において連続的に(より具体的には線形に)減少させることができる。   In particular, according to the present embodiment, when the engine load increases in the HCCI region R1, depending on which of the first operation region R11, the second operation region R12, and the third operation region R13 the engine operating state belongs to. Thus, control is performed to switch the valve to be opened twice between the exhaust valve 22a and the exhaust valve 22b, and control is performed to increase the lift amount of the intake valve 21 in accordance with an increase in engine load. Accordingly, the internal EGR rate can be decreased continuously (more specifically, linearly) within a desired range.

特に、本実施形態によれば、エンジン負荷が増加して、エンジンの運転状態が属する領域が第1運転領域R11から第2運転領域R12へと切り替わり、二度開きさせる弁を排気弁22a及び第2排気弁22bの両方から排気弁22aのみに切り替えるとき、及び、エンジンの運転状態が属する領域が第2運転領域R12から第3運転領域R13へと切り替わり、二度開きさせる弁を排気弁22aから排気弁22bに切り替えるときに、吸気弁21のリフト量を一旦小さくするように制御するので、上記の切り替え時に内部EGR率の変化における連続性が確保されなくなること、つまり内部EGR率の変化に段差が生じてしまうことを適切に抑制することができる。   In particular, according to the present embodiment, the engine load increases, the region to which the engine operating state belongs is switched from the first operation region R11 to the second operation region R12, and the valves that are opened twice are the exhaust valve 22a and the second valve. When switching from both of the two exhaust valves 22b to only the exhaust valve 22a, and the region to which the engine operating state belongs is switched from the second operating region R12 to the third operating region R13, and the valve to be opened twice is switched from the exhaust valve 22a. When switching to the exhaust valve 22b, control is performed so that the lift amount of the intake valve 21 is once reduced. Therefore, continuity in the change of the internal EGR rate is not ensured at the time of the switching, that is, there is a step difference in the change of the internal EGR rate. Can be appropriately suppressed.

[変形例]
上記した実施形態では、排気弁22aをリフト量L1に設定し、排気弁22bをリフト量L2に設定していたが、つまり排気弁22a、22bに固定のリフト量L1、L2を適用していたが、他の例では、排気弁22a、22bのリフト量を連続的に変更可能なようにVVL71を構成してもよい。
[Modification]
In the above-described embodiment, the exhaust valve 22a is set to the lift amount L1, and the exhaust valve 22b is set to the lift amount L2. That is, the fixed lift amounts L1 and L2 are applied to the exhaust valves 22a and 22b. However, in another example, the VVL 71 may be configured so that the lift amount of the exhaust valves 22a and 22b can be continuously changed.

また、上記した実施形態では、排気弁22aのリフト量L1と排気弁22bのリフト量L2とを異ならせることで、排気弁22aと排気弁22bとで排気有効面積を異ならせていたが、こうすることに限定はされない。他の例では、排気弁22aと排気弁22bとでバルブ径やスロート部の径などを異ならせることで、排気弁22a、22bの排気有効面積を異ならせるようにしてもよい。   In the above-described embodiment, the exhaust effective area is different between the exhaust valve 22a and the exhaust valve 22b by making the lift amount L1 of the exhaust valve 22a different from the lift amount L2 of the exhaust valve 22b. There is no limit to doing it. In another example, the exhaust valve 22a and the exhaust valve 22b may have different exhaust effective areas of the exhaust valves 22a and 22b by changing the valve diameter, the diameter of the throat portion, and the like.

また、上記した実施形態では、気筒18毎に2つの排気弁22a、22bを有するエンジン1を示したが、本発明は、気筒18毎に3つ以上の排気弁22を有するエンジンにも適用可能である。その場合にも、各々で排気有効面積が異なるように排気弁22を構成すればよい。   In the above-described embodiment, the engine 1 having two exhaust valves 22a and 22b for each cylinder 18 is shown. However, the present invention can also be applied to an engine having three or more exhaust valves 22 for each cylinder 18. It is. Even in that case, the exhaust valves 22 may be configured so that the effective exhaust areas are different.

1 エンジン
10 PCM
18 気筒
21 吸気弁
22 排気弁
22a 排気弁(第1排気弁)
22b 排気弁(第2排気弁)
25 点火プラグ
67 インジェクタ
71 VVL(排気側可変バルブ機構)
74 VVL(吸気側可変バルブ機構)
72、75 VVT
1 engine 10 PCM
18 cylinder 21 intake valve 22 exhaust valve 22a exhaust valve (first exhaust valve)
22b Exhaust valve (second exhaust valve)
25 Spark plug 67 Injector 71 VVL (exhaust side variable valve mechanism)
74 VVL (Intake side variable valve mechanism)
72, 75 VVT

Claims (3)

吸気を筒内に導入するための吸気弁及び排気を筒内から排出するための排気弁が設けられた気筒を備えるエンジンの制御装置であって、
吸気行程において所定の排気有効面積を有する第1排気弁と、吸気行程において上記第1排気弁の排気有効面積よりも小さな排気有効面積を有する第2排気弁と、を備える排気弁と、
上記排気弁のリフト量を少なくとも変化させる排気側可変バルブ機構と、
エンジンの運転状態が低負荷側の所定領域内にある場合に、排気行程に加えて吸気行程においても上記排気弁を開弁させるように上記排気側可変バルブ機構を制御して、排気を内部EGRガスとして筒内に再導入させる制御手段と、
を有し、
上記制御手段は、
エンジンの運転状態が、上記所定領域における低負荷側の第1運転領域内にある場合には、吸気行程において上記排気弁の上記第1排気弁及び上記第2排気弁の両方を開弁させるように、上記排気側可変バルブ機構を制御し、
エンジンの運転状態が、上記所定領域における上記第1運転領域よりも高負荷側の第2運転領域内にある場合には、吸気行程において上記排気弁の上記第1排気弁のみを開弁させるように、上記排気側可変バルブ機構を制御し、
エンジンの運転状態が、上記所定領域における上記第2運転領域よりも高負荷側の第3運転領域内にある場合には、吸気行程において上記排気弁の上記第2排気弁のみを開弁させるように、上記排気側可変バルブ機構を制御
上記吸気弁のリフト量を少なくとも変化させる吸気側可変バルブ機構を更に有し、この吸気側可変バルブ機構も上記制御手段によって制御され、
上記制御手段は、
エンジン負荷の増加に応じて上記内部EGRガスの割合が所定範囲内において連続的に減少するように、エンジンの運転状態が上記第1運転領域、上記第2運転領域及び上記第3運転領域のいずれに属するかに応じて、上記排気弁の上記第1排気弁及び上記第2排気弁のうちで吸気行程において開弁させる弁を切り替えるように上記排気側可変バルブ機構を制御すると共に、エンジン負荷の増加に応じて上記吸気弁のリフト量が大きくなるように上記吸気側可変バルブ機構を制御し、
エンジン負荷が増加して、エンジンの運転状態が属する領域が上記第1運転領域から上記第2運転領域へと切り替わり、吸気行程において開弁させる弁を上記第1排気弁及び上記第2排気弁の両方から上記第1排気弁のみに切り替えるとき、及び、エンジンの運転状態が属する領域が上記第2運転領域から上記第3運転領域へと切り替わり、吸気行程において開弁させる弁を上記第1排気弁から上記第2排気弁に切り替えるときに、上記吸気弁のリフト量を一旦小さくし、この後に上記吸気弁のリフト量を大きくするように、上記吸気側可変バルブ機構を制御して、エンジン負荷の増加に応じて上記内部EGRガスの割合を連続的に減少させる、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
An engine control device including a cylinder provided with an intake valve for introducing intake air into a cylinder and an exhaust valve for discharging exhaust gas from the cylinder,
An exhaust valve comprising: a first exhaust valve having a predetermined exhaust effective area in the intake stroke; and a second exhaust valve having an exhaust effective area smaller than the exhaust effective area of the first exhaust valve in the intake stroke;
An exhaust side variable valve mechanism for changing at least the lift amount of the exhaust valve;
When the operating state of the engine is within a predetermined region on the low load side, the exhaust side variable valve mechanism is controlled to open the exhaust valve not only in the exhaust stroke but also in the intake stroke, thereby Control means for reintroducing gas into the cylinder;
Have
The control means includes
When the operating state of the engine is in the first operating region on the low load side in the predetermined region, both the first exhaust valve and the second exhaust valve of the exhaust valve are opened in the intake stroke. To control the exhaust side variable valve mechanism,
When the operating state of the engine is in the second operating region on the higher load side than the first operating region in the predetermined region, only the first exhaust valve of the exhaust valve is opened in the intake stroke. To control the exhaust side variable valve mechanism,
When the operating state of the engine is in the third operating region on the higher load side than the second operating region in the predetermined region, only the second exhaust valve of the exhaust valve is opened in the intake stroke. to, and controls the exhaust side variable valve mechanism,
An intake side variable valve mechanism for changing at least the lift amount of the intake valve, and the intake side variable valve mechanism is also controlled by the control means;
The control means includes
The engine operating state is any of the first operating region, the second operating region, and the third operating region so that the ratio of the internal EGR gas continuously decreases within a predetermined range as the engine load increases. The exhaust side variable valve mechanism is controlled so as to switch a valve to be opened in the intake stroke among the first exhaust valve and the second exhaust valve of the exhaust valve according to The intake side variable valve mechanism is controlled so that the lift amount of the intake valve increases in accordance with the increase,
As the engine load increases, the region to which the engine operating state belongs is switched from the first operation region to the second operation region, and valves that are opened in the intake stroke are connected to the first exhaust valve and the second exhaust valve. When switching to only the first exhaust valve from both, and the region to which the engine operating state belongs is switched from the second operation region to the third operation region, and the valve that opens in the intake stroke is the first exhaust valve. When switching from the first exhaust valve to the second exhaust valve, the intake side variable valve mechanism is controlled so as to temporarily reduce the lift amount of the intake valve and then increase the lift amount of the intake valve, thereby A control apparatus for an engine, characterized in that the ratio of the internal EGR gas is continuously decreased in accordance with the increase .
上記第2排気弁は、吸気行程におけるリフト量が上記第1排気弁よりも小さく、それにより、吸気行程における排気有効面積が上記第1排気弁よりも小さくなっている、請求項1に記載のエンジンの制御装置。   2. The second exhaust valve according to claim 1, wherein a lift amount in an intake stroke is smaller than that of the first exhaust valve, and thereby an effective exhaust area in the intake stroke is smaller than that of the first exhaust valve. Engine control device. 上記エンジンでは、エンジンの運転状態が上記所定領域内にある場合、予混合圧縮自己着火燃焼が行われ、エンジンの運転状態が上記所定領域外にある場合、火花点火燃焼が行われる、請求項1又は2に記載のエンジンの制御装置。 2. The engine according to claim 1, wherein premixed compression self-ignition combustion is performed when the engine operating state is within the predetermined region, and spark ignition combustion is performed when the engine operating state is outside the predetermined region. Or the control apparatus of the engine of 2 .
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